[发明专利]生物传感器芯片及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及生物传感器芯片。进一步，本发明涉及生物传感器芯片的制造方法。

背景技术

生物传感器可以是指可以将生物部件与物理化学或物理检测器部件结合并用于检测分析物的器件。

例如，生物传感器可以基于这样的现象：例如当作为俘获分子的抗体的抗体结合片段或单链DNA序列配合到目标分子的对应序列或结构时，固定在生物传感器表面上的俘获分子可以选择性的与流体样品中的目标分子杂交。当在传感器表面发生这种杂交或感应事件时，可以改变表面的电气特性，因此，可以通过检测这种电气特性来检测这种感应事件。

WO 2005/106478披露了一种对生物传感器，特别是基于在加工处理后晶片上装配的半导体芯片的生物传感器，进行功能化的方法，在晶片上设有传感器区域，这些区域可以布置为阵列方式，以便例如利用有机分子，例如DNA、RNA和PNA之类的核酸或它们的衍生物、蛋白质、糖类分子或抗体等来执行功能化。

WO 2008/132656披露了一种生物传感器，其中传感器活化区形成为用于形成生物传感器芯片的半导体晶片的后端处理的一部分。该后端处理包括触点、绝缘体、金属层以及键合位置以便进行芯片与封装连接。这些层通常不与处理过的半导体衬底直接接触。前端处理涉及集成电路的处理，其中在半导体中构图出各个器件(晶体管、电阻器等)，并通常包括直到(但不包括)金属层淀积之前的所有处理。

本发明特别涉及到用于形成传感器电极以及键合焊盘的后端处理步骤，其中传感器电极和键合焊盘用于使得电接触深入到在之前的前端处理步骤中形成的下层器件。

当前已知的容性生物传感器芯片采用抛光的铜填充通孔作为纳米电极。但是，铜容易在储存、后处理或检测步骤中腐蚀。因此，最好使用替代的抗腐蚀金属材料来制造纳米电极。但是，对不同电接触组合使用不同材料会使工艺变得复杂。例如，纳米电极材料应该自对准到通孔，以能够使得纳米电极在芯片表面具有必需的较小圆周直径。

发明内容

根据本发明，提供了一种形成生物传感器芯片的方法，包括：

在半导体晶片中形成半导体部件；

在覆盖半导体部件的电介质层中形成填充导电连接区域，填充导电连接区域与半导体部件电接触，并至少包括键合焊盘连接区域和检测电极连接区域；

在电介质层上形成第一覆层，以及在第一覆层中形成至少一个与检测电极连接区域接触的填充导电连接区域，其中在所述至少一个键合焊盘连接区域上不形成连接区域；

在第一覆层上形成第二覆层；

在第二覆层中形成至少一个通孔，所述通孔与第一覆层中的所述至少一个填充导电连接区域对准；

在第二覆层中形成键合焊盘开口，该开口在键合焊盘连接区域上方并向下延伸到电介质层；

在所得结构的顶部上方形成扩散阻挡层，扩散阻挡层完全填满第二覆层中的所述至少一个通孔；

在所得结构的顶部上方设置键合焊盘连接层，该连接层填满衬有扩散阻挡层的键合焊盘开口；以及

对所得结构向下平坦化到第二覆层。

这种方法使得能够以不同材料形成键合焊盘和检测电极(其中之一由例如铜的连接层形成，另一个由例如氮化钽的扩散阻挡层形成)。对键合焊盘和检测电极均使用单一表面处理操作(平坦化)。通过使用相同的处理，可以避免在已平坦化的表面上进行抗蚀剂构图，并且可以确保键合焊盘和检测电极的清洁度。平坦化步骤可以导致对键合焊盘和检测电极进行构图。通过去除向下直到第二覆层的材料，检测电极和键合焊盘可以与之前的检测电极区域和键合焊盘开口自动对准，从而可以将最终的键合焊盘和检测电极视为自对准，因为不需要使用光刻工艺来限定键合焊盘和检测电极的形状和位置。这意味着在限定键合焊盘和检测电极的形状时不再需要提供覆盖容差。

键合焊盘开口可以限定为穿过两个覆层，使得其深度比用于检测电极的通孔深度大。通过这种方式，键合焊盘开口不会完全被扩散阻挡层填充。

可以使用相同的掩模在第一覆层中形成所述至少一个填充导电连接通孔以及在第二覆层中形成所述至少一个通孔。

形成第一覆层的操作可以进一步包括在第一覆层下方形成刻蚀停止层，以及形成第二覆层的操作可以进一步包括在第二覆层下方形成刻蚀停止层。这些刻蚀停止层用于停止对检测电极通孔和键合焊盘开口的刻蚀。

形成扩散阻挡层的操作可以包括形成氮化钽层以及在氮化钽层上形成钽层，该氮化钽层完全填充第二覆层中的所述至少一个通孔，其中，氮化钽层比钽层厚。